第4章气-液与液-液界面ppt课件.ppt

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1、第四章气－液与液－液界面在一个非均匀的体系中,至少存在着两个性质不同的相。两相共存必然有界面。可见，界面是体系不均匀性的结果。一般指两相接触的约几个分子厚度的过渡区。若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。4.1表面和界面(SurfaceandInterface)1严格讲表面应是液体或固体与其饱和蒸气之间的界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。常见的界面有：气-液界面，气-固界面，液-液界面，液-固界面，固-固界面。2常见的界面(1)气-液界面3(2)气-固界面4(3)液-液界面5(4)

2、固-固界面64.2比表面（SpecificSurfaceArea）比表面通常用来表示物质分散的程度，有两种常用的表示方法：一种是单位质量的物质所具有的表面积；另一种是单位体积物质所具有的表面积。即：式中，m和V分别为固体（或液体）的质量和体积，A为其表面积。目前常用的测定表面积的方法有BET法和色谱法，有时Am亦可写作As。7分散度与比表面把物质分散成细小微粒的程度称为分散度。把一定大小的物质分割得越小，则分散度越高，比表面也越大。例如，把边长为1cm的立方体（1cm3）逐渐分割成小立方体时，比表面增长情况列

3、于下表：8从表上可以看出，当将边长为10-2m的立方体分割成10-9m的小立方体时，比表面增长了一千万倍。分散度与比表面边长l(m)立方体数比表面Av(m2/m3）1×10-216×1021×10-31036×1031×10-51096×1051×10-710156×1071×10-910216×1099可见，达到nm级的超细微粒具有巨大的比表面积，因而具有许多独特的表面效应，成为新材料和多相催化方面的研究热点。由超细微粒制备的催化剂由于具有很高的比表面因而催化活性较普通催化剂高；将药物磨成细粉以提高药效；将

4、金属做成超细微粒以降低熔点；10例题例1、将1g水分散成半径为10-9m的小水滴（视为球形），其表面积增加了多少倍？解：对大水滴对小水滴114.3表面自由能与表面张力液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。液体分子间距较气体小了一个数量级，为10-10m，分子排列较紧密，分子间作用力较大，其热运动与固体相似，主要在平衡位置附近作微小振动。由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。12将水滴在荷叶上，水滴自动形

5、成球形，很容易滚落；在水面上用简单的方法可以使金属针或分值硬币漂浮，但不能使它们悬浮于水中；插入水中的毛笔笔毛是分散开的，当笔头提出水面后笔毛并拢……这些现象说明：液体表面与体相液体的性质不完全相同。这些特点可以从力学和能量的角度予以解释。13表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同。体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称的，各个方向的力彼此抵消(各向同性)；故在液体的内部，分子的移动无需作功。14对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不同相中的密度不同；对于多组分体系，特性则来自于界面层的

6、组成与任一相的组成均不相同。但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质分子的作用，其所受作用力不能相互抵消。因此，界面层分子由于其处在一不均匀对称的力场会显示出一些独特的性质。15界面现象的本质在液体内部，分子受周围邻居分子的吸引平均说来是对称的；但在液体表面，分子只受到液相分子的吸引，因为气相中分子的密度很小，其对液体表面分子的吸引可以忽略。结果，表面的分子总是尽力向液体内部挤，从而使液体表面有张力、有自动收缩的倾向。气相液相最简单的例子是液体及其蒸气组成的

7、表面。16表面张力（SurfaceTension）lAB设有细钢丝制成的框架。其一边是可以自由活动的。将此框架从肥皂水中拉出，即可在框架中形成一层肥皂水膜。此肥皂水膜会自动收缩，以减小膜的面积。这种引起膜自动收缩的力就叫做表面张力，以γ表示。17若将液体的表面视为厚度为零的弹性膜，表面张力的力学定义：作用于液体表面上单位长度直线上的收缩力。力的方向：垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。lABγ18若制止肥皂水的自动收缩，需在相反方向施加一力F。显然γ是作用在膜的边界上的。膜有两个面，故：可见，我们可将

8、表面张力γ看成是引起液体表面收缩的单位长度上的力，单位通常以mN/m表示。lFAB19从另一角度来看，设肥皂水膜处于平衡状态，现在增加一无限小的力于AB，以使其向下移动dx距离。这样消耗的能量(力×距离)使膜的面积增加了dA=2l·dx。因此，对体系所作的功是：lFAB这表示，γ为使液体增加单位表面时所需作的可逆功。亦即表面自由能，其单位以mJ/m2表示。表面自由能(SurfaceFreeEnerg